HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der ErfindungBACKGROUND OF THE INVENTION 1 , Field of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lichtwellenleitersensor unter Verwendung einer evaneszenten Welle, die von einem Kern eines Lichtwellenleiters leckt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso auf ein Herstellungsverfahren eines Lichtwellenleitersensors.The present invention relates to an optical waveguide sensor using an evanescent wave that leaks from a core of an optical waveguide. The present invention also relates to a manufacturing method of an optical fiber sensor.
2. Beschreibung des Stands der Technik2. Description of the Related Art
JP-A-2005-61904 offenbart einen Lichtwellenleitersensor unter Verwendung einer evaneszenten Welle, die von einem Kern eines Lichtwellenleiters leckt. JP-A-2005-61904 discloses an optical waveguide sensor using an evanescent wave that leaks from a core of an optical waveguide.
Der Lichtwellenleitersensor ist aus einem Silizium-auf-Isolator-Träger (silicon-on-insulator, SOI) gefertigt. Der Lichtwellenleiter beinhaltet einen Silizium-Dünnleitungskern und eine Ummantelungsschicht. Der Silizium-Dünnleitungskern wird durch Verarbeiten einer Siliziumschicht, die sich auf einer vergrabenen Oxidschicht in dem SOI-Träger befindet, ausgebildet. Die Ummantelung ist aus Siliziumoxid gefertigt und füllt beide Enden des Silizium-Dünnleitungskerns.The optical waveguide sensor is made of a silicon-on-insulator (SOI) carrier. The optical waveguide includes a silicon thinner core and a cladding layer. The silicon thin-film core is formed by processing a silicon layer located on a buried oxide layer in the SOI substrate. The sheath is made of silicon oxide and fills both ends of the silicon thinner core.
Eine Oberseite des Silizium-Dünnleitungskerns ist in einem Erfassungsbereich zu einer Außenseite hin freigelegt. In dem Erfassungsbereich pendelt der Silizium-Dünnleitungskern an vorbestimmten Intervallen, das heißt, der Silizium-Dünnleitungskern ist schlangenförmig angeordnet.An upper surface of the silicon thin conduction core is exposed to an outside in a detection area. In the detection area, the silicon thin-film core is oscillated at predetermined intervals, that is, the silicon thin-wire core is serpentine.
Bei dem vorstehend beschriebenen Lichtwellenleitersensor kann eine Länge des Silizium-Dünnleitungskerns sichergestellt werden, während eine Abmessung durch Anordnen des Silizium-Dünnleitungskerns in der Schlangenform begrenzt wird und dabei eine Erfassungsempfindlichkeit des Lichtwellenleitersensors verbessert ist. In einem Fall, in dem der Silizium-Dünnleitungskern schlangenförmig angeordnet ist, ist es erforderlich, einen Biegeradius an einem Biegeabschnitt, bei dem eine Wellenleiterrichtung geändert wird, zu reduzieren, um einen kleinen und langen Wellenleiter zu fertigen.In the optical waveguide sensor described above, a length of the silicon thin-film core can be secured while limiting a size by arranging the silicon thin-wire core in the serpentine shape, thereby improving a detection sensitivity of the optical waveguide sensor. In a case where the silicon thin-film core is serpentine, it is necessary to reduce a bending radius at a bending portion where a waveguide direction is changed to make a small and long waveguide.
Ist der Biegeradius am Biegeabschnitt klein, kann ein Einfallswinkel kleiner sein als ein kritischer Winkel und Licht kann einfach vom Kern aus gesendet werden. Somit wird in dem vorstehend beschriebenen Wellenleitersensor eine Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kern, der aus einkristallinem Silizium gefertigt ist, und der Ummantelung, die aus Siliziumoxid gefertigt ist, so erhöht, dass ein Reflexionswinkel reduziert wird und Licht nicht einfach ausgehend vom Kern gesendet werden kann, sogar am Biegeabschnitt.If the bend radius at the bend section is small, an angle of incidence may be less than a critical angle and light may be simply transmitted from the core. Thus, in the waveguide sensor described above, a refractive index difference between the core made of single crystal silicon and the cladding made of silicon oxide is increased so that a reflection angle is reduced and light can not be easily transmitted from the core at the bending section.
Wenn jedoch der Reflexionswinkel durch Erhöhen der Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kern und der Ummantelung reduziert wird, kann ein Verlust, der an einer Schnittstelle aufgrund von Streuung erzeugt wird, angehoben werden. Somit kann der vorstehend beschriebene Lichtwellenleitersensor eine große Transmissionsdämpfung aufweisen und es kann schwierig sein, einen kleinen und einen langen Lichtwellenleiter zur Verfügung zu stellen.However, if the reflection angle is reduced by increasing the refractive index difference between the core and the cladding, a loss generated at an interface due to scattering can be increased. Thus, the optical waveguide sensor described above can have a large transmission loss, and it can be difficult to provide a small and a long optical waveguide.
Wenn die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kern und der Ummantelung in der vorstehend beschriebenen Konfiguration reduziert wird, um den Biegeradius am Biegeabschnitt zu erhöhen, kann die Transmissionsdämpfung reduziert werden. Da jedoch der Silizium-Dünnleitungskern schlangenförmig angeordnet ist, beeinflusst ein Anstieg der Abmessung des Silizium-Dünnleitungskerns an jedem Biegeabschnitt in starkem Ausmaß die Abmessung des Lichtwellenleitersensors, wodurch die Abmessung des Lichtwellenleitersensors erhöht ist.When the refractive index difference between the core and the cladding is reduced in the configuration described above to increase the bending radius at the bending portion, the transmittance loss can be reduced. However, since the silicon thin-film core is serpentine, an increase in the dimension of the silicon thin-wire core at each bend portion greatly affects the dimension of the optical fiber sensor, thereby increasing the dimension of the optical fiber sensor.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Im Hinblick auf die vorstehenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtwellenleitersensor bereitzustellen, der eine hohe Erfassungsempfindlichkeit und eine kleine Abmessung aufweisen kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtwellenleitersensors bereitzustellen.In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical fiber sensor which can have a high detection sensitivity and a small size. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical fiber sensor.
Ein Lichtwellenleitersensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Träger (Substrat) und einen Lichtwellenleiter. Der Lichtwellenleiter beinhaltet einen Kern und eine seitliche Ummantelung. Der Kern erstreckt sich spiralförmig oberhalb einer Oberfläche des Substrats. Die seitliche Ummantelung ist in einer gleichen Schicht wie der Kern oberhalb der Oberfläche des Substrats angeordnet und ist in Kontakt mit beiden Seitenflächen des Kerns. Mindestens ein Teil einer Oberfläche des Kerns, der sich gegenüber vom Substrat befindet, ist eine Transmissionsoberfläche, von der Licht leckt und durch ein erfasstes Objekt absorbiert wird.An optical waveguide sensor according to an aspect of the present invention includes a substrate and an optical waveguide. The optical fiber includes a core and a lateral sheath. The core extends helically above a surface of the substrate. The side shroud is disposed in a same layer as the core above the surface of the substrate and is in contact with both side surfaces of the core. At least a part of a surface of the core opposite to the substrate is a transmission surface from which light is leaked and absorbed by a detected object.
Da der Lichtwellenleitersensor die Oberfläche des Kerns, die sich gegenüber dem Substrat befindet, als die Transmissionsoberfläche verwendet, kann der Lichtwellenleitersensor eine Transmissionsdämpfung einschränken und kann eine hohe Erfassungsempfindlichkeit verglichen mit einem Fall aufweisen, in dem die Seitenflächen des Kerns als die Transmissionsoberflächen verwendet werden. Des Weiteren kann, da sich der Kern spiralförmig erstreckt, eine Abmessung des Lichtwellenleiters reduziert werden, sogar wenn ein Biegeradius an einem Biegeabschnitt erhöht wird. Dadurch kann der Lichtwellenleiter eine kleine Abmessung aufweisen.Since the optical waveguide sensor uses the surface of the core opposite to the substrate as the transmission surface, the optical waveguide sensor can restrict transmission loss, and can have a high detection sensitivity as compared with a case where the side surfaces of the core are used as the transmission surfaces. Further, since the core extends in a spiral shape, a dimension of the optical waveguide can be reduced even if a bending radius at one Bending section is increased. As a result, the optical waveguide can have a small dimension.
Ein Herstellungsverfahren gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet Ausbilden eines Kerns oberhalb eines Substrats und Ausbilden einer seitlichen Ummantelung, die in Kontakt mit beiden Seitenflächen des Kerns ist, in einer gleichen Schicht wie der Kern oberhalb des Substrats durch Abscheiden. Wenn die seitliche Ummantelung ausgebildet wird, wird eine Zusammensetzung von Material zum Ausbilden der seitlichen Ummantelung kontinuierlich oder schrittweise so geändert, dass ein Brechungsindex der seitlichen Ummantelung sich kontinuierlich oder schrittweise gemäß einem Abstand zum Kern in einem vorbestimmten Gebiet ausgehend von einer Grenze zum Kern ändert.A manufacturing method according to another aspect of the present invention includes forming a core above a substrate and forming a side clad that is in contact with both side surfaces of the core in a same layer as the core above the substrate by deposition. When the side shroud is formed, a composition of material for forming the side shroud is changed continuously or stepwise so that a refractive index of the side shroud changes continuously or stepwise according to a distance to the core in a predetermined area from a boundary to the core.
Ein Lichtwellenleitersensor, der durch das vorstehend erläuterte Verfahren hergestellt wird, kann Streuen von Licht an einer Schnittstelle zwischen dem Kern und der seitlichen Ummantelung einschränken, da der Brechungsindex der seitlichen Ummantelung kontinuierlich oder schrittweise gemäß dem Abstand zur Grenze mit dem Kern geändert wird. Somit kann durch vorstehend erläutertes Verfahren ein Lichtwellenleitersensor mit einer hohen Erfassungsempfindlichkeit hergestellt werden.An optical waveguide sensor manufactured by the above-explained method can restrict scattering of light at an interface between the core and the side cladding, since the refractive index of the lateral cladding is changed continuously or stepwise according to the distance to the boundary with the core. Thus, by the method explained above, an optical waveguide sensor having a high detection sensitivity can be manufactured.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlich.Additional objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of preferred embodiments taken in conjunction with the drawings.
Es zeigen:Show it:
1 eine Draufsicht eines Lichtwellenleitersensors gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 a plan view of an optical waveguide sensor according to a first embodiment;
2 eine Querschnittsansicht, die den Lichtwellenleitersensor entlang einer Linie II-II in 1 darstellt; 2 a cross-sectional view of the optical fiber sensor along a line II-II in 1 represents;
3A bis 3C Querschnittsansichten, die ein Herstellungsverfahren des Lichtwellenleitersensors gemäß der ersten Ausführungsform darstellen; 3A to 3C Cross-sectional views illustrating a manufacturing method of the optical waveguide sensor according to the first embodiment;
4 eine Querschnittsansicht, die einen Lichtwellenleitersensor gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt; 4 a cross-sectional view illustrating an optical waveguide sensor according to a second embodiment;
5 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einem Brechungsindex ns einer Tragschicht und einem Verhältnis einer optischen Länge einer Tragschicht zu einer Wellenlänge λ darstellt; 5 FIG. 4 is a graph showing a relationship between a refractive index n s of a supporting layer and a ratio of an optical length of a supporting layer to a wavelength λ; FIG.
6 eine Querschnittsansicht, die einen Lichtwellenleitersensor gemäß einer ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt; 6 FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an optical fiber sensor according to a first modification of the second embodiment; FIG.
7 eine Querschnittsansicht, die einen Lichtwellenleitersensor gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt; 7 a cross-sectional view illustrating an optical waveguide sensor according to a second modification of the second embodiment;
8 eine Querschnittsansicht, die einen Lichtwellenleitersensor gemäß einer dritten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt; 8th a cross-sectional view illustrating an optical waveguide sensor according to a third modification of the second embodiment;
9 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einer Brechungsindexdifferenz Δn zwischen einem Kern und einer seitlichen Ummantelung und einer normalisierten Durchlässigkeit in einem Lichtwellenleitersensor gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt; 9 FIG. 12 is a graph showing a relationship between a refractive index difference Δn between a core and a side cladding and a normalized transmittance in an optical waveguide sensor according to a third embodiment; FIG.
10 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einem Brechungsindex n1 des Kerns und der Brechungsindexdifferenz Δn zwischen dem Kern und der seitlichen Ummantelung in einem Fall darstellt, in dem die normalisierte Durchlässigkeit 0,5 ist; 10 FIG. 12 is a graph showing a relationship between a refractive index n 1 of the core and the refractive index difference Δn between the core and the side cladding in a case where the normalized transmittance is 0.5; FIG.
11 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einer Dicke des Kerns und einem Verhältnis einer evaneszenten Welle zur Gesamtmenge von Licht darstellt; 11 FIG. 4 is a graph showing a relationship between a thickness of the core and an evanescent wave ratio to the total amount of light; FIG.
12 einen Graph, der eine Beziehung zwischen dem Brechungsindex n1 des Kerns und dem Verhältnis der evaneszenten Welle zur Gesamtmenge von Licht darstellt; 12 a graph representing a relationship between the refractive index n 1 of the core and the ratio of the evanescent wave to the total amount of light;
13A ein Diagramm, das eine Lichtintensitätsverteilung des Lichtwellenleitersensors gemäß der dritten Ausführungsform darstellt, und 13B eine erläuternde Ansicht des in 13A dargestellten Diagramms; 13A a diagram illustrating a light intensity distribution of the optical waveguide sensor according to the third embodiment, and 13B an explanatory view of the in 13A represented diagram;
14A ein Diagramm, das eine Lichtintensitätsverteilung eines Lichtwellenleitersensors gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel darstellt, und 14B eine erläuternde Ansicht des in 14A dargestellten Diagramms; 14A a diagram illustrating a light intensity distribution of an optical waveguide sensor according to a first comparative example, and 14B an explanatory view of the in 14A represented diagram;
15A ein Diagramm, das eine Lichtintensitätsverteilung eines Lichtwellenleitersensors gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel darstellt, und 15B eine erläuternde Ansicht des in 15A dargestellten Diagramms; 15A a diagram illustrating a light intensity distribution of an optical waveguide sensor according to a second comparative example, and 15B an explanatory view of the in 15A represented diagram;
16A einen Graph, der Transmissionsdämpfungen des Lichtwellenleitersensors gemäß der dritten Ausführungsform (EM3), des Lichtwellenleitersensors gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel (CE1) und des Lichtwellenleitersensors gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel (CE2) darstellt; 16A FIG. 12 is a graph showing transmission losses of the optical waveguide sensor according to the third embodiment (EM3), the optical waveguide sensor according to the first comparative example (CE1), and the optical waveguide sensor according to the second comparative example (CE2);
17 einen Graph, der Verhältnisse einer evaneszenten Welle zur Gesamtmenge von Licht in dem Lichtwellenleitersensor gemäß der dritten Ausführungsform (EM3), dem Lichtwellenleitersensor gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel (CE1) und dem Lichtwellenleitersensor gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel (CE2) darstellt; 17 4 is a graph showing evanescent wave ratios to the total amount of light in the optical waveguide sensor according to the third embodiment (EM3), the optical waveguide sensor according to the first comparative example (CE1), and the optical waveguide sensor according to the second comparative example (CE2);
18 ein Diagramm, das einen Brechungsindex an jeder Komponente in einem Lichtwellenleitersensor gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt; und 18 FIG. 12 is a graph illustrating a refractive index of each component in an optical waveguide sensor according to a fourth embodiment; FIG. and
19A bis 19E Querschnittsansichten, die ein Herstellungsverfahren des Lichtwellenleitersensors gemäß der vierten Ausführungsform darstellen. 19A to 19E Cross-sectional views illustrating a manufacturing method of the optical waveguide sensor according to the fourth embodiment.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
(Erste Ausführungsform)First Embodiment
Ein Lichtwellenleitersensor 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1 und 2 erläutert.An optical fiber sensor 10 According to a first embodiment of the present invention will be described with reference to 1 and 2 explained.
Der Lichtwellenleitersensor 10 beinhaltet ein Substrat 11 und einen Lichtwellenleiter, der oberhalb des Substrats 11 ausgebildet ist. Der Lichtwellenleiter beinhaltet einen Kern 13 und eine seitliche Ummantelung 14. Der Kern 13 erstreckt sich spiralförmig oberhalb einer Oberfläche des Substrats 11. Der Kern 13 und die seitliche Ummantelung 14 befinden sich in derselben Schicht oberhalb der Oberfläche des Substrats 11. Die seitliche Ummantelung 14 ist in Kontakt mit beiden Seitenflächen 13a des Kerns 13, und der Kern 13 befindet sich zwischen der seitlichen Ummantelung 14. Der Kern 13 hat eine Oberseite 13b auf einer dem Substrat 11 gegenüberliegenden Seite. Ein Teil der Oberseite 13b stellt eine Transmissionsoberfläche zur Verfügung, von der eine evaneszente Welle (evaneszentes Licht) leckt und durch ein erfasstes Objekt absorbiert wird. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Dickenrichtung des Substrats 11, d. h. eine Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats 11, oberhalb dessen der Kern 13 und die seitliche Ummantelung 14 angeordnet sind, einfach „Dickenrichtung” genannt.The fiber optic sensor 10 includes a substrate 11 and an optical fiber above the substrate 11 is trained. The optical fiber includes a core 13 and a lateral sheath 14 , The core 13 extends spirally above a surface of the substrate 11 , The core 13 and the lateral sheath 14 are in the same layer above the surface of the substrate 11 , The lateral sheath 14 is in contact with both side surfaces 13a of the core 13 and the core 13 is located between the lateral sheathing 14 , The core 13 has a top 13b on a the substrate 11 opposite side. A part of the top 13b provides a transmission surface from which an evanescent wave (evanescent light) leaks and is absorbed by a detected object. In the following description, a thickness direction of the substrate will be described 11 that is, a direction perpendicular to the surface of the substrate 11 above which the core 13 and the lateral sheath 14 are arranged, simply called "thickness direction".
Das Substrat 11 wird aus einkristallinem Silizium gefertigt. Auf der Oberfläche des Substrats 11 ist eine untere Ummantelungsschicht 12 so angeordnet, dass sie den gesamten Bereich der Oberfläche bedeckt. Auf einer Oberfläche der unteren Ummantelungsschicht 12, die sich gegenüber dem Substrat 11 befindet, sind der Kern 13 und die seitliche Ummantelung 14 angeordnet.The substrate 11 is made of monocrystalline silicon. On the surface of the substrate 11 is a lower cladding layer 12 arranged so that it covers the entire area of the surface. On a surface of the lower cladding layer 12 that face the substrate 11 are located, are the core 13 and the lateral sheath 14 arranged.
Der Kern 13 ist aus einem Material gefertigt, das einen höheren Brechungsindex als die untere Ummantelungsschicht 12 und die seitliche Ummantelung 14 aufweist. Beispielsweise ist der Kern 13 aus Siliziumnitrid gefertigt. Wie in 1 dargestellt, ist der Kern 13 spiralförmig angeordnet. In anderen Worten weist der Kern 13 ein inneres Ende 13d, das sich an der innersten Position befindet, und ein äußeres Ende 13e, das sich an der äußersten Position befindet, auf, und eine optische Länge des Kerns 13 steigt von einem inneren Kreis zu einem äußeren Kreis an.The core 13 is made of a material having a higher refractive index than the lower cladding layer 12 and the lateral sheath 14 having. For example, the core 13 made of silicon nitride. As in 1 represented, is the core 13 arranged spirally. In other words, the core points 13 an inner end 13d which is at the innermost position and an outer end 13e , which is located at the outermost position, and an optical length of the core 13 rises from an inner circle to an outer circle.
Das innere Ende 13d bzw. das äußere Ende 13e des Kerns 13 ist ein Eingangsende des Lichtwellenleiters, und das andere Ende ist ein Ausgangsende des Lichtwellenleiters. In der vorliegenden Ausführungsform ist das innere Ende 13d das Eingangsende, und das äußere Ende 13e ist das Ausgangsende. Der Lichtwellenleitersensor 10 beinhaltet des Weiteren einen Koppler 15, der Licht von einer Lichtquelle zum Eingangsende des Lichtwellenleiters führt. Der Koppler 15 reflektiert Licht von einer Lichtquelle, die sich beispielsweise rechts oberhalb des Substrats 11 befindet, und führt das reflektierte Licht zum Kern 13. In 1 sind die Lichtquelle und ein Lichtdetektor zum Erfassen (Detektieren) von Licht, das vom Ausgangsende des Lichtwellenleiters ausgegeben wird, nicht dargestellt.The inner end 13d or the outer end 13e of the core 13 is an input end of the optical fiber, and the other end is an output end of the optical fiber. In the present embodiment, the inner end 13d the entrance end, and the outer end 13e is the exit end. The fiber optic sensor 10 further includes a coupler 15 which guides light from a light source to the input end of the optical fiber. The coupler 15 reflects light from a light source, for example, right above the substrate 11 is located, and leads the reflected light to the core 13 , In 1 For example, the light source and a light detector for detecting (detecting) light output from the output end of the optical waveguide are not shown.
Die seitliche Ummantelung 14 ist mit dem gesamten Bereich der Seitenflächen 13a des Kerns 13 entlang einer Erstreckungsrichtung des Kerns 13 so in Kontakt, dass Licht nicht von den Seitenflächen 13a leckt. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die seitliche Ummantelung 14 und der Kern 13 die gleiche Dicke auf. Eine Oberfläche der seitlichen Ummantelung 14 auf einer der unteren Ummantelungsschicht 12 gegenüberliegenden Seite ist auf derselben Ebene wie die Oberseite 13b des Kerns 13. Die seitliche Ummantelung 14 ist beispielsweise aus Siliziumoxynitrid (SiON) gefertigt.The lateral sheath 14 is with the entire area of the side surfaces 13a of the core 13 along a direction of extension of the core 13 so in contact that light is not from the side surfaces 13a licks. In the present embodiment, the lateral sheath 14 and the core 13 the same thickness. A surface of the lateral casing 14 on one of the lower cladding layers 12 opposite side is on the same plane as the top 13b of the core 13 , The lateral sheath 14 is made of silicon oxynitride (SiON), for example.
Im Lichtwellenleitersensor 10 konfigurieren der Kern 13, die seitliche Ummantelung 14, die in Kontakt mit den Seitenflächen 13a des Kerns 13 ist, und die untere Ummantelungsschicht 12, die in Kontakt mit der Unterseite 13c des Kerns 13 ist, den Lichtwellenleiter. Die Oberseite 13b des Kerns 13 ist zur Außenseite hin freigelegt, und die freigelegte Oberseite 13b funktioniert als die Transmissionsoberfläche, von der die evaneszente Welle leckt.In the fiber optic sensor 10 configure the core 13 , the lateral sheathing 14 that are in contact with the side surfaces 13a of the core 13 is, and the lower cladding layer 12 that are in contact with the bottom 13c of the core 13 is the fiber optic cable. The top 13b of the core 13 is exposed to the outside, and the exposed top 13b works as the transmission surface from which the evanescent wave licks.
Somit, wenn Licht von der Lichtquelle ausgegeben und zum Lichtwellenleiter geführt wird, leckt die evaneszente Welle als ein Teil des Lichts von der Oberseite 13b des Kerns 13 und wird durch Gas oder Flüssigkeit als ein erfasstes Objekt, das in Kontakt mit der Oberseite 13b ist, absorbiert. Eine Intensität von Licht, das durch den Lichtwellenleiter geführt wird, wird gemäß der Menge von durch das erfasste Objekt absorbiertem Licht reduziert. Somit kann das erfasste Objekt durch Messen der Intensität des Lichts, das durch den Lichtwellenleiter geführt wird, für eine vorbestimmte Wellenlängenbandregion abhängig von einer Absorptionseigenschaft des erfassten Objekts analysiert werden.Thus, when light is output from the light source and guided to the optical fiber, the evanescent wave as a part of the light leaks from the top 13b of the core 13 and is characterized by gas or liquid as a detected object that is in contact with the top 13b is absorbed. An intensity of light passing through the optical fiber is detected in accordance with the amount of light detected by the optical fiber Object absorbed light reduced. Thus, the detected object can be analyzed by measuring the intensity of the light guided through the optical waveguide for a predetermined wavelength band region depending on an absorption characteristic of the detected object.
Ein Herstellungsverfahren des Lichtwellenleitersensors 10 wird mit Bezug auf 3A bis 3C erläutert. Während einer Verarbeitung, die in 3A dargestellt ist, wird das Substrat 11, das aus einkristallinem Silizium gefertigt ist, vorbereitet. Auf der Oberfläche des Substrats 11 wird die untere Ummantelungsschicht 12, die aus Siliziumoxid gefertigt ist, ausgebildet, beispielsweise durch thermische Oxidation oder chemische Dampfabscheidung (chemical vapor deposition, CVD). Als Nächstes wird eine Siliziumnitridschicht 23 auf der unteren Ummantelungsschicht 12 beispielsweise durch CVD ausgebildet.A manufacturing method of the optical waveguide sensor 10 is related to 3A to 3C explained. During processing, the in 3A is shown, the substrate 11 , which is made of monocrystalline silicon prepared. On the surface of the substrate 11 becomes the lower cladding layer 12 , which is made of silicon oxide, formed, for example, by thermal oxidation or chemical vapor deposition (CVD). Next is a silicon nitride layer 23 on the lower cladding layer 12 formed for example by CVD.
Während einer Verarbeitung, die in 3B dargestellt ist, wird der Kern 13, der spiralförmig ist, durch Ätzen der Siliziumnitridschicht 23 ausgebildet Im vorliegenden Zustand ist die Unterseite 13c des Kerns 13 in Kontakt mit der unteren Ummantelungsschicht 12, und die Seitenflächen 13a und die Oberseite 13b des Kerns 13 sind zur Außenseite hin freigelegt.During processing, the in 3B is shown, becomes the core 13 which is spiral shaped by etching the silicon nitride layer 23 formed In the present condition is the bottom 13c of the core 13 in contact with the lower cladding layer 12 , and the side surfaces 13a and the top 13b of the core 13 are exposed to the outside.
Während einer Verarbeitung, die in 3C dargestellt ist, wird eine Siliziumoxynitridschicht 24 auf der oberen Ummantelungsschicht 12 beispielsweise durch CVD ausgebildet, um den Kern 13 zu bedecken. In der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn die Siliziumoxynitridschicht 24 ausgebildet wird, ein Volumenverhältnis von Sauerstoff zum Gesamtgas in einer Kammer konstant.During processing, the in 3C is a silicon oxynitride layer 24 on the upper cladding layer 12 for example, formed by CVD to the core 13 to cover. In the present embodiment, when the silicon oxynitride layer is 24 is formed, a volume ratio of oxygen to the total gas in a chamber constant.
Die Siliziumoxynitridschicht 24 wird so geätzt, dass die Oberseite 13b des Kerns 13 zur Außenseite hin freigelegt ist, wodurch der Lichtwellenleitersensor 10 hergestellt werden kann.The silicon oxynitride layer 24 is etched so that the top 13b of the core 13 is exposed to the outside, whereby the optical fiber sensor 10 can be produced.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Oberseite 13b des Kerns 13 als die Transmissionsoberfläche verwendet, während die Seitenflächen 13a nicht als eine Transmissionsoberfläche verwendet werden.In the present embodiment, the top is 13b of the core 13 used as the transmission surface, while the side surfaces 13a not be used as a transmission surface.
Die Seitenflächen 13a des Kerns 13 sind zu einer Zeit, wenn der Kern 13 durch Strukturierung (patterning) ausgebildet wird, verarbeitete Oberflächen. Somit sind die Seitenflächen 13a verglichen zur Oberseite 13b rau. Somit kann, wenn die Seitenflächen 13a als Transmissionsoberflächen verwendet werden, Streuung an einer Schnittstelle der Seitenflächen 13a und einem erfassten Objekt, das in Kontakt mit den Seitenflächen 13a ist, auftreten, und eine Transmissionsdämpfung kann ansteigen.The side surfaces 13a of the core 13 are at a time when the core 13 is formed by patterning, processed surfaces. Thus, the side surfaces 13a compared to the top 13b rough. Thus, if the side surfaces 13a are used as transmission surfaces, scattering at an interface of the side surfaces 13a and a detected object that is in contact with the side surfaces 13a is, and a transmission loss may increase.
In dem Lichtwellenleitersensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Oberseite 13b des Kerns 13 als die Transmissionsoberfläche verwendet. Somit kann der Lichtwellenleitersensor 10 das Streuen und die Transmissionsdämpfung verglichen mit der Konfiguration, die die Seitenflächen 13a des Kerns 13 als die Transmissionsoberfläche verwendet, einschränken. Demzufolge kann das Verhältnis der evaneszenten Welle zur Gesamtmenge von Licht erhöht werden, und die Erfassungsgenauigkeit kann verbessert werden.In the optical waveguide sensor 10 According to the present embodiment, the top is 13b of the core 13 used as the transmission surface. Thus, the optical waveguide sensor 10 the scattering and the transmission loss compared with the configuration that the side surfaces 13a of the core 13 as the transmission surface used limit. As a result, the ratio of the evanescent wave to the total amount of light can be increased, and the detection accuracy can be improved.
Des Weiteren erstreckt sich der Kern 13 spiralförmig. Somit kann, sogar wenn der Biegeradius so erhöht wird, dass der Kern 13 nicht einfach Licht überträgt, die Abmessung des Kerns 13 verglichen mit einem Fall, in dem der Kern 13 sich schlangenförmig erstreckt, reduziert werden. In anderen Worten kann die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden, da eine Wellenleiterlänge bei gleichbleibender Abmessung erhöht werden kann.Furthermore, the core extends 13 spirally. Thus, even if the bend radius is increased so that the core 13 not simply transmits light, the dimension of the core 13 compared with a case where the core 13 extends snake-shaped, be reduced. In other words, the detection accuracy can be improved because a waveguide length can be increased with the same size.
Als ein Beispiel wird eine Wellenleiterlänge des Kerns 13, der in ein Quadrat mit 5 mm Seitenlänge eingepasst wird, mit einem Fall, in dem der Kern 13 sich schlangenförmig erstreckt, und einem Fall, in dem der Kern 13 sich spiralförmig erstreckt, verglichen. Ein Biegeradius jedes Biegeabschnitts wird auf 400 μm festgelegt, und eine Breite des Lichtwellenleiters, d. h. ein Abstand von Mitte zu Mitte der seitlichen Ummantelung 14, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns 13 befindet (das Abstandsmaß P1 in 2), wird auf 100 μm festgelegt. Demzufolge ist die Wellenleiterlänge 36 mm in dem Fall, in dem sich der Kern 13 schlangenförmig erstreckt, und die Wellenleiterlänge ist 242 mm in dem Fall, in dem sich der Kern spiralförmig erstreckt.As an example, a waveguide length of the core becomes 13 , which is fitted into a square with 5 mm side length, with a case in which the core 13 extends serpentine, and a case in which the core 13 extends spirally, compared. A bending radius of each bending section is set to 400 μm, and a width of the optical waveguide, that is, a center-to-center distance of the side shroud 14 that lie on opposite sides of the core 13 is located (the distance P1 in 2 ), is set to 100 μm. As a result, the waveguide length is 36 mm in the case where the core 13 serpentine, and the waveguide length is 242 mm in the case where the core extends in a spiral shape.
Des Weiteren kann, da der Biegeradius erhöht werden kann, die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kern 13 und der seitlichen Ummantelung 14 reduziert werden. Auf gleiche Weise kann die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kern 13 und der unteren Ummantelungsschicht 12 reduziert werden. Somit kann die Transmissionsdämpfung aufgrund von Streuung an den Schnittstellen eingeschränkt werden, und die Erfassungsempfindlichkeit kann verbessert werden.Furthermore, since the bend radius can be increased, the refractive index difference between the core can be increased 13 and the lateral sheath 14 be reduced. In the same way, the refractive index difference between the core 13 and the lower cladding layer 12 be reduced. Thus, the transmission loss due to scattering at the interfaces can be restricted, and the detection sensitivity can be improved.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Lichtwellenleitersensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abmessung reduzieren, während er die Erfassungsempfindlichkeit verbessert.As described above, the optical waveguide sensor 10 According to the present embodiment, reducing the dimension while improving the detection sensitivity.
Des Weiteren kann, da die Oberseite 13b des Kerns 13 zur Außenseite der seitlichen Ummantelung 14 freigelegt ist, die evaneszente Welle, die von der Oberseite 13b als der Transmissionsoberfläche leckt, effizient durch ein erfasstes Objekt absorbiert werden. Somit kann die Erfassungsempfindlichkeit verbessert werden.Furthermore, since the top 13b of the core 13 to the outside of the lateral casing 14 is exposed, the evanescent wave coming from the top 13b As the transmission surface leaks, it is efficiently absorbed by a detected object become. Thus, the detection sensitivity can be improved.
(Zweite Ausführungsform)Second Embodiment
Ein Lichtwellenleitersensor 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 4 erläutert. In dem Lichtwellenleitersensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform funktionieren die Oberseite 13b und die Unterseite 13c des Kerns 13 als Transmissionsoberflächen. Des Weiteren beinhaltet der Lichtwellenleitersensor 10 eine Tragschicht 16, die ein Ausbeulen (buckling) einer Membran MEM einschränkt.An optical fiber sensor 10 According to a second embodiment of the present invention will be described with reference to 4 explained. In the optical waveguide sensor 10 According to the present embodiment, the top side work 13b and the bottom 13c of the core 13 as transmission surfaces. Furthermore, the optical waveguide sensor includes 10 a base course 16 which limits a buckling of a membrane MEM.
Der Lichtwellenleitersensor 10, der in 4 dargestellt ist, beinhaltet ein Substrat 11, das eine Oberseite 11a aufweist, oberhalb der ein Kern 13 und eine seitliche Ummantelung 14 angeordnet sind. Das Substrat 11 weist eine entfernte Sektion 17 auf, die sich auf der Oberseite 11a öffnet. Somit bilden Abschnitte des Kerns 13 und der seitlichen Ummantelung 14, die die entfernte Sektion 17 überbrücken, die Membran MEM aus. Nicht nur die Oberseite 13b, sondern auch die Unterseite 13c des Kerns 13 in der Membran MEM kann als die Transmissionsoberfläche funktionieren.The fiber optic sensor 10 who in 4 is shown, includes a substrate 11 that a top 11a has, above the one core 13 and a lateral sheath 14 are arranged. The substrate 11 has a remote section 17 on, located on the top 11a opens. Thus, sections of the core form 13 and the lateral sheath 14 that the remote section 17 bridge out the membrane MEM. Not just the top 13b but also the bottom 13c of the core 13 in the membrane MEM can function as the transmission surface.
In dem Beispiel, das in 4 dargestellt ist, öffnet sich die entfernte Sektion 17 ebenso auf einer Unterseite 11b, die ausgehend von der Oberseite 11a eine gegenüberliegende Seite des Substrats 11 ist. Somit stellt die entfernte Sektion 17 ein Durchgangsloch, welches das Substrat 11 durchdringt, bereit. Ein größter Teil des Kerns 13 außer einer vorbestimmten Region vom äußeren Ende 13e befindet sich in einer Region der Membran MEM.In the example that is in 4 is displayed, the remote section opens 17 as well on a bottom 11b starting from the top 11a an opposite side of the substrate 11 is. Thus, the remote section represents 17 a through hole, which is the substrate 11 penetrates, ready. A major part of the core 13 except a predetermined region from the outer end 13e is located in a region of the membrane MEM.
Die entfernte Sektion 17 kann, nachdem der Kern 13 und die seitliche Ummantelung 14 ausgebildet sind, durch Ätzen des Substrats 11 ausgehend von der Unterseite 11b unter Verwendung der Tragschicht 16 als Stopper bereitgestellt werden.The remote section 17 can, after the core 13 and the lateral sheath 14 are formed by etching the substrate 11 starting from the bottom 11b using the base layer 16 be provided as a stopper.
Die Tragschicht 16 ist anstatt der unteren Ummantelungsschicht 12 vorgesehen. Die Tragschicht 16 befindet sich zwischen der Oberseite 11a des Substrats 11 und dem Kern 13 und der seitlichen Ummantelung 14, um den gesamten Bereich von Unterseiten des Kerns 13 und der seitlichen Ummantelung 14 zu bedecken. Die Tragschicht 16 kann als eine Bewehrungsschicht dienen, die ein Ausbeulen des Kerns 13 und der seitlichen Ummantelung 14 durch Membranstress aufgrund von Materialien des Kerns 13 und der seitlichen Ummantelung 14 einschränkt. Die Tragschicht 16 weist eine Dicke auf, um die Transmission der evaneszenten Welle, die von der Unterseite 13c des Kerns leckt, nicht zu beeinflussen. Die Tragschicht 16 ist beispielsweise aus Siliziumnitrid gefertigt.The base course 16 is instead of the lower cladding layer 12 intended. The base course 16 is located between the top 11a of the substrate 11 and the core 13 and the lateral sheath 14 to the entire range of subpages of the core 13 and the lateral sheath 14 to cover. The base course 16 can serve as a rebar layer, which is a bulge of the core 13 and the lateral sheath 14 due to membrane stress due to materials of the core 13 and the lateral sheath 14 limits. The base course 16 has a thickness to the transmission of the evanescent wave from the bottom 13c of the core licks, not to influence. The base course 16 is made of silicon nitride, for example.
In dem Lichtwellenleitersensor 10, der in 4 dargestellt ist, wird die evaneszente Welle, die von der Oberseite 13b des Kerns 13 leckt, durch ein erfasstes Objekt, das mit der Oberseite 13b in Kontakt ist, absorbiert, und die evaneszente Welle, die von der Unterseite 13c des Kerns 13 leckt, wird durch das erfasste Objekt durch die Tragschicht 16 absorbiert. In einem Fall, in dem die Oberseite 13b und die Unterseite 13c des Kerns 13 als die Transmissionsoberflächen wie vorstehend beschrieben verwendet werden, kann das Verhältnis der evaneszenten Welle, die von den Transmissionsoberflächen leckt, zur Gesamtmenge von Licht zweimal so groß wie in einem Fall sein, in dem nur die Oberseite 13b als die Transmissionsoberfläche verwendet wird. Somit kann die Erfassungsempfindlichkeit verbessert werden.In the optical waveguide sensor 10 who in 4 is shown, the evanescent wave is from the top 13b of the core 13 licks, by a detected object, with the top 13b is in contact, absorbed, and the evanescent wave coming from the bottom 13c of the core 13 licks, gets through the captured object through the base layer 16 absorbed. In a case where the top 13b and the bottom 13c of the core 13 When the transmission surfaces are used as described above, the ratio of the evanescent wave leaking from the transmission surfaces to the total amount of light may be twice as large as in a case where only the top surface 13b as the transmission surface is used. Thus, the detection sensitivity can be improved.
Die entfernte Sektion 17 des Substrats 11 ist ein Durchgangsloch. Somit kann das erfasste Objekt einfach auf der Unterseite 13c des Kerns 13 angeordnet werden.The remote section 17 of the substrate 11 is a through hole. Thus, the captured object can easily on the bottom 13c of the core 13 to be ordered.
Des Weiteren weist die Tragschicht 16 eine Dicke auf, die die Transmission der evaneszenten Welle, die von der Unterseite 13c leckt, nicht beeinflusst. Somit kann der Lichtwellenleitersensor 10 die Erfassungsempfindlichkeit verbessern, während er ein Ausbeulen der Membran MEM einschließlich des Kerns 13 und der seitlichen Ummantelung 14 einschränkt.Furthermore, the support layer 16 a thickness on which the transmission of the evanescent wave from the bottom 13c licks, not affected. Thus, the optical waveguide sensor 10 improve detection sensitivity while buckling membrane MEM including the core 13 and the lateral sheath 14 limits.
Die Dicke, die die Transmission der evaneszenten Welle nicht beeinflusst, kann ebenso als eine Dicke bezeichnet werden, mit der keine Reflexion an einer Schnittstelle zwischen dem Kern 13 und der Tragschicht 16 auftritt. Wenn die Wellenlänge des Lichts, das in dem Lichtwellenleiter geführt wird, λ ist, der Brechungsindex der Tragschicht 16 bei der Wellenlänge λ ns ist und die Dicke der Tragschicht 16 ts ist, wird die Dicke ts so bestimmt wird, dass eine Beziehung von ns × ts ≤ λ erfüllt ist.The thickness that does not affect the evanescent wave transmission can also be referred to as a thickness that does not reflect at an interface between the core 13 and the base layer 16 occurs. When the wavelength of the light guided in the optical waveguide is λ, the refractive index of the supporting layer 16 at the wavelength λ n s and the thickness of the support layer 16 t s , the thickness t s is determined to satisfy a relationship of n s × t s ≦ λ.
Wird die Tragschicht 16 so ausgebildet, dass ns × ts, das heißt, die Lichtwellenlänge gleich oder kleiner als die Wellenlänge λ ist, kann die evaneszente Welle effizient die Tragschicht 16 durchdringen, sogar wenn die Tragschicht 16 bereitgestellt wird, und die evaneszente Welle kann durch das erfasste Objekt absorbiert werden.Will the base layer 16 formed so that n s × t s , that is, the light wavelength is equal to or smaller than the wavelength λ, the evanescent wave can efficiently the supporting layer 16 penetrate, even if the base layer 16 is provided, and the evanescent wave can be absorbed by the detected object.
Die Dicke ts der Tragschicht 16 kann ebenso so bestimmt werden, dass sie eine Beziehung ns × ts ≤ 0,3 λ erfüllt. Gemäß einer Simulation durch die Erfinder konvergiert der Wert der optischen Länge (ns ≤ ts)/Wellenlänge λ bezüglich des Brechungsindex ns der Tragschicht 16 bei 0,3, wie in 5 dargestellt. Somit kann, wenn die Dicke ts bestimmt wird, um die vorstehend erläuterte Beziehung zu erfüllen, die Erfassungsempfindlichkeit ungeachtet der Wellenlänge λ und des Brechungsindex ns der Tragschicht 16 verbessert werden.The thickness t s of the base layer 16 can also be determined to satisfy a relationship n s × t s ≦ 0.3 λ. According to a simulation by the inventors, the value of the optical length (n s ≦ t s ) / wavelength λ converges with respect to the refractive index n s of the supporting layer 16 at 0.3, as in 5 shown. Thus, when the thickness t s is determined to satisfy the above-described relationship, the detection sensitivity regardless of the wavelength λ and the refractive index n s of the support layer 16 be improved.
In dem in 4 dargestellten Beispiel befindet sich die Tragschicht 16 auf der Seite der Unterseite des Kerns 13, d. h. zwischen dem Substrat 11 und dem Kern 13 und der seitlichen Ummantelung 14. Als eine erste Modifikation, die in 6 dargestellt ist, kann die Tragschicht 16 sich ebenso auf einer Seite der Oberseite des Kerns 13 befinden, um den Gesamtbereich des Kerns 13 und der seitlichen Ummantelung 14 zu bedecken. Im vorliegenden Fall wird die evaneszente Welle, die von der Oberseite 13b des Kerns 13 leckt, durch das erfasste Objekt durch die Tragschicht 16 absorbiert, und die evaneszente Welle, die von der Unterseite 13c des Kerns 13 leckt, wird durch das erfasste Objekt, das mit der Unterseite 13c in Kontakt ist, absorbiert.In the in 4 The example shown is the base layer 16 on the side of the bottom of the core 13 ie between the substrate 11 and the core 13 and the lateral sheath 14 , As a first modification, the in 6 is shown, the support layer 16 also on one side of the top of the core 13 located to the total area of the core 13 and the lateral sheath 14 to cover. In the present case, the evanescent wave is from the top 13b of the core 13 licks, through the captured object through the base layer 16 absorbed, and the evanescent wave coming from the bottom 13c of the core 13 Licks, is detected by the object that is with the bottom 13c is in contact, absorbed.
Die entfernte Sektion 17 des Substrats 11 ist nicht auf das in 4 dargestellte Durchgangsloch beschränkt. Beispielsweise kann als eine zweite Modifikation, die in 7 dargestellt ist, das Substrat 11 einen Aussparungsabschnitt aufweisen, der sich nur auf der Oberseite 11a öffnet, und der Aussparungsabschnitt kann die entfernte Sektion 17 bereitstellen. Die entfernte Sektion 17 kann ausgebildet werden, nachdem der Kern 13 und die seitliche Ummantelung 14 ausgebildet sind, beispielsweise durch Ätzen des Substrats 11 ausgehend von der Oberseite 11a durch ein Ätzloch 18. Das Ätzloch 18 durchdringt einen Abschnitt der seitlichen Ummantelung 14, der den Lichtwellenleiter nicht beeinflusst. Das Ätzloch 18 durchdringt ebenso die Tragschicht 16. Das Ätzloch 18 ist an einer Mehrzahl von Abschnitten vorgesehen. In der vorliegenden Konfiguration kann die Tragschicht 16 auf der Seite der Oberseite des Kerns 13 angeordnet werden.The remote section 17 of the substrate 11 is not on that in 4 shown through hole limited. For example, as a second modification disclosed in U.S. Pat 7 is shown, the substrate 11 have a recess portion, which is only on the top 11a opens, and the recess portion may be the removed section 17 provide. The remote section 17 can be formed after the core 13 and the lateral sheath 14 are formed, for example by etching the substrate 11 starting from the top 11a through an etching hole 18 , The etching hole 18 penetrates a portion of the lateral sheath 14 that does not affect the fiber optic cable. The etching hole 18 penetrates the base course as well 16 , The etching hole 18 is provided at a plurality of sections. In the present configuration, the support layer 16 on the side of the top of the core 13 to be ordered.
In einem Fall, in dem es keine Möglichkeit des Ausbeulens gibt, kann als eine dritte Modifikation, die in 8 dargestellt ist, die Membran MEM den Kern 13 und die seitliche Ummantelung 14 beinhalten, und die Tragschicht 16 kann weggelassen werden. In der vorliegenden Konfiguration sind sowohl die Oberseite 13b als auch die Unterseite 13c des Kerns 13 freigelegt. Somit kann die Menge einer evaneszenten Welle, die durch das erfasste Objekt absorbiert wird, verglichen mit einer Konfiguration, die die Tragschicht 16 beinhaltet, erhöht werden.In a case where there is no possibility of buckling, as a third modification that can be found in 8th is shown, the membrane MEM the core 13 and the lateral sheath 14 include, and the base course 16 can be omitted. In the present configuration are both the top 13b as well as the bottom 13c of the core 13 exposed. Thus, the amount of an evanescent wave absorbed by the detected object can be compared with a configuration including the base layer 16 includes, be increased.
(Dritte Ausführungsform)Third Embodiment
Die Erfinder haben eine weiter bevorzugte Konfiguration bezüglich der Konfigurationen, die in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform beschrieben werden, durch Simulation untersucht. Ein Lichtwellenleiter gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert auf dem Simulationsergebnis. In der folgenden Simulation wird ein Lichtwellenleitersensor 10, in dem sowohl eine Oberseite 13b als auch eine Unterseite 13c eines Kerns 13 wie in 8 dargestellt freigelegte Oberflächen sind, als ein Modell verwendet.The inventors have studied a further preferable configuration regarding the configurations described in the first embodiment and the second embodiment by simulation. An optical waveguide according to a third embodiment of the present invention is based on the simulation result. In the following simulation, an optical fiber sensor is used 10 in which both a top 13b as well as a base 13c a core 13 as in 8th Illustrated exposed surfaces are used as a model.
Eine Beziehung zwischen einem Brechungsindex des Kerns 13 und einem Brechungsindex der seitlichen Ummantelung 14 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Der Brechungsindex des Kerns 13 wird durch n1 angegeben, der Brechungsindex der seitlichen Ummantelung 14 durch n2 (< n1) angegeben, und eine Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kern 13 und der seitlichen Ummantelung 14 wird durch Δn (= n1 – n2) angegeben.A relationship between a refractive index of the core 13 and a refractive index of the lateral cladding 14 according to the present embodiment will be described below. The refractive index of the core 13 is given by n 1 , the refractive index of the lateral cladding 14 by n 2 (<n 1 ), and a refractive index difference between the core 13 and the lateral sheath 14 is given by Δn (= n 1 -n 2 ).
In 7 ist eine Beziehung zwischen der Brechungsindexdifferenz und einer normalisierten Durchlässigkeit in einem Fall dargestellt, in dem eine Wellenlänge λ von Licht, das in dem Lichtwellenleiter geführt wird, 4,5 μm ist und der Brechungsindex n1 des Kerns 13 zwischen drei Stufen geändert wird, d. h. 2,0, 2,5 und 3,0. Die normalisierte Durchlässigkeit ist eine Durchlässigkeit, die durch Festlegen der maximalen Durchlässigkeit für jeden Brechungsindex des Kerns 13 auf 1 normalisiert wird. In einem Fall, in dem der Brechungsindex n1 des Kerns 13 2,0 ist, wird die maximale Durchlässigkeit (die normalisierte Durchlässigkeit = 1) bereitgestellt, wenn die Brechungsindexdifferenz Δn 0,2 ist. In einem Fall, in dem der Brechungsindex n1 des Kerns 13 2,5 ist, wird die maximale Durchlässigkeit (die normalisierte Durchlässigkeit = 1) bereitgestellt, wenn die Brechungsindexdifferenz Δn 0,1 ist. In einem Fall, in dem der Brechungsindex n1 des Kerns 13 3,0 ist, wird die maximale Durchlässigkeit (die normalisierte Durchlässigkeit = 1) bereitgestellt, wenn die Brechungsindexdifferenz Δn 0,05 ist.In 7 For example, a relationship between the refractive index difference and a normalized transmittance is shown in a case where a wavelength λ of light guided in the optical waveguide is 4.5 μm and the refractive index is n 1 of the core 13 is changed between three levels, ie 2.0, 2.5 and 3.0. The normalized permeability is a permeability that is determined by setting the maximum permeability for each refractive index of the core 13 is normalized to 1. In a case where the refractive index n 1 of the core 13 2.0, the maximum transmittance (the normalized transmittance = 1) is provided when the refractive index difference Δn is 0.2. In a case where the refractive index n 1 of the core 13 Is 2.5, the maximum transmittance (the normalized transmittance = 1) is provided when the refractive index difference Δn is 0.1. In a case where the refractive index n 1 of the core 13 Is 3.0, the maximum transmittance (the normalized transmittance = 1) is provided when the refractive index difference Δn is 0.05.
Die Brechungsindizes, bei denen die normalisierte Durchlässigkeit 0,5 ist (1/2 der maximalen Durchlässigkeit), werden von dem Graph, der in 9 dargestellt ist, extrahiert und werden als eine quadratische Funktion durch eine Methode der kleinsten Quadrate in 10 genähert. In 9 weisen Daten von jedem Brechungsindex des Kerns 13 zwei Schnittpunkte mit der normalisierten Durchlässigkeit = 0,5 auf, wobei einer der zwei Schnittpunkte bei einer kleinen Brechungsindexdifferenz Δn und der andere bei einer großen Brechungsindexdifferenz Δn ist.The refractive indices at which the normalized transmittance is 0.5 (1/2 of the maximum transmittance) are calculated from the graph shown in FIG 9 is represented and extracted as a quadratic function by a least squares method 10 approached. In 9 have data from each refractive index of the core 13 two intersections with the normalized transmittance = 0.5, where one of the two intersections is at a small refractive index difference Δn and the other at a large refractive index difference Δn.
In einem Fall, in dem der Schnittpunkt bei der kleinen Brechungsindexdifferenz Δn von jedem Brechungsindex (2,0, 2,5, 3,0) als eine quadratische Funktion durch eine Methode der kleinsten Quadrate genähert wird, wie in 10 dargestellt ist, gilt Δn = 0,02n1 2 – 0,17n1 + 0,36. Der Schnittpunkt des Brechungsindex n1 = 2,0 ist 0,0044, der Schnittpunkt des Brechungsindex n1 = 2,5 ist 0,072 und der Schnittpunkt des Brechungsindex n1 = 3,0 ist 0,11.In a case where the intersection at the small refractive index difference Δn of each refractive index (2.0, 2.5, 3.0) is approximated as a quadratic function by a least squares method, as in FIG 10 is represented, Δn = 0.02n 1 2 - 0.17n 1 + 0.36. The intersection of the refractive index n 1 = 2.0 is 0.0044, the intersection of the Refractive index n 1 = 2.5 is 0.072 and the point of intersection of refractive index n 1 = 3.0 is 0.11.
In einem Fall, in dem der Schnittpunkt an der großen Brechungsindexdifferenz Δn von jedem Brechungsindex (2,0, 2,5, 3,0) als eine quadratische Funktion durch eine Methode der kleinsten Quadrate genähert wird, wie in 10 dargestellt ist, gilt Δn = 0,51n1 2 – 3,10n1 + 4,95. Der Schnittpunkt des Brechungsindex n1 = 2,0 ist 0,255, der Schnittpunkt des Brechungsindex n1 = 2,5 ist 0,4 und der Schnittpunkt des Brechungsindex n1 = 3,0 ist 0,8.In a case where the intersection at the large refractive index difference Δn of each refractive index (2,0, 2,5, 3,0) is approximated as a quadratic function by a least squares method, as in FIG 10 is shown, Δn = 0.51n 1 2 - 3.10n 1 + 4.95. The intersection of the refractive index n 1 = 2.0 is 0.255, the intersection of the refractive index n 1 = 2.5 is 0.4, and the intersection of the refractive index n 1 = 3.0 is 0.8.
Bei jedem Brechungsindex (2,0, 2,5, 3,0) des Kerns 13 ist ein Bereich zwischen dem Schnittpunkt an der kleinen Brechungsindexdifferenz Δn und dem Schnittpunkt an der großen Brechungsindexdifferenz Δn ein Bereich, in dem die normalisierte Durchlässigkeit gleich oder größer als 0,5 ist. Somit kann durch Ausbilden des Kerns 13 und der seitlichen Ummantelung 14, um Gleichung (1) zu erfüllen, die normalisierte Durchlässigkeit gleich oder größer als 0,5 sein, das heißt, die Durchlässigkeit kann gleich oder großer als ½ der maximalen Durchlässigkeit sein. 0,02n1 2 – 0,17n1 + 0,36 ≤ Δn ≤ 0,51n1 2 – 3,10n1 + 4,95 (1) At each refractive index (2.0, 2.5, 3.0) of the core 13 That is, a range between the intersection at the small refractive index difference Δn and the intersection at the large refractive index difference Δn is a range in which the normalized transmittance is equal to or larger than 0.5. Thus, by forming the core 13 and the lateral sheath 14 In order to satisfy equation (1), the normalized transmittance should be equal to or greater than 0.5, that is, the transmittance may be equal to or greater than ½ of the maximum transmittance. 0.02n 1 2 - 0.17n 1 + 0.36 ≤ Δn ≤ 0.51n 1 2 - 3.10n 1 + 4.95 (1)
In der vorliegenden Ausführungsform sind der Kern 13 und die seitliche Ummantelung 14 ausgebildet, um die Gleichung (1) zu erfüllen. Somit ist die Durchlässigkeit von Licht, das in dem Lichtwellenleiter geführt wird, hoch, eine Transmissionsdämpfung kann reduziert werden und eine Erfassungsempfindlichkeit kann verbessert werden.In the present embodiment, the core 13 and the lateral sheath 14 designed to satisfy the equation (1). Thus, the transmittance of light guided in the optical waveguide is high, transmission loss can be reduced, and detection sensitivity can be improved.
Als Nächstes wird eine Dicke des Kerns 13 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert.Next is a thickness of the core 13 explained according to the present embodiment.
11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Dicke des Kerns 13 und einem Verhältnis der evaneszenten Welle, die von Transmissionsoberfläche leckt, zur Gesamtmenge von Licht, d. h. dem Evaneszenzwellenverhältnis, darstellt. In 11 ist ein Beispiel dargestellt, in dem der Brechungsindex n1 des Kerns 13 3,0 ist, der Brechungsindex n2 der seitlichen Ummantelung 14 2,8 ist und die Wellenlänge λ von Licht, das in dem Lichtwellenleiter geführt wird, 4,5 μm ist. 11 is a graph showing a relationship between the thickness of the core 13 and a ratio of the evanescent wave leaking from the transmission surface to the total amount of light, ie, the evanescent wave ratio. In 11 an example is shown in which the refractive index n 1 of the core 13 Is 3.0, the refractive index n 2 of the lateral cladding 14 2.8 and the wavelength λ of light guided in the optical waveguide is 4.5 μm.
Wie in 11 dargestellt ist, ändert sich eine Änderung des Evaneszenzwellenverhältnisses bezüglich der Dicke des Kerns 13 drastisch um die Dicke von 2 μm herum. Konkret ist in einem Fall, in dem die Dicke des Kerns 13 gleich oder kleiner als 2 μm ist, die Änderung des Evaneszenzwellenverhältnisses bezüglich der Dicke des Kerns 13 größer als in einem Fall, in dem die Dicke des Kerns 13 größer als 2 μm ist. Die Änderung des Evaneszenzwellenverhältnisses bezüglich der Dicke des Kerns 13 wird weiter erhöht in einem Fall, in dem die Dicke des Kerns 13 gleich oder kleiner als 1,5 μm ist.As in 11 is shown, changes in the Evaneszenzwellenverhältnisses with respect to the thickness of the core changes 13 drastically around the thickness of 2 μm. Specifically, in a case where the thickness of the core 13 is equal to or smaller than 2 μm, the change of the evanescent wave ratio with respect to the thickness of the core 13 larger than in a case where the thickness of the core 13 greater than 2 microns. The change of the evanescent wave ratio with respect to the thickness of the core 13 is further increased in a case where the thickness of the core 13 is equal to or smaller than 1.5 μm.
In der vorliegenden Ausführungsform ist basierend auf dem vorstehend beschriebenen Simulationsergebnis die Dicke des Kerns 13 gleich oder kleiner als 2,0 μm. Somit kann das Evaneszenzwellenverhältnis erhöht werden, und die Erfassungsempfindlichkeit kann verbessert werden. Wenn die Dicke des Kerns 13 gleich oder kleiner als 1,5 μm ist, kann die Erfassungsempfindlichkeit weiter erhöht werden.In the present embodiment, based on the above-described simulation result, the thickness of the core is 13 equal to or less than 2.0 μm. Thus, the evanescent wave ratio can be increased, and the detection sensitivity can be improved. If the thickness of the core 13 is equal to or smaller than 1.5 μm, the detection sensitivity can be further increased.
Als Nächstes wird der Brechungsindex n1 des Kerns 13 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.Next, the refractive index becomes n 1 of the core 13 described according to the present embodiment.
12 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Brechungsindex n1 des Kerns 13 und dem Evaneszenzwellenverhältnis darstellt. In 12 ist ein Beispiel dargestellt, in dem die Brechungsindexdifferenz Δn 0,2 ist und die Wellenlänge λ des Lichts, das in dem Lichtwellenleiter geführt wird, 4,5 ist. 12 is a graph showing a relationship between the refractive index n 1 of the core 13 and represents the evanescent wave ratio. In 12 an example is shown in which the refractive index difference Δn is 0.2 and the wavelength λ of the light guided in the optical waveguide is 4.5.
Wie in 12 dargestellt, ändert sich eine Änderung des Evaneszenzwellenverhältnisses bezüglich des Brechungsindex n1 des Kerns 13 drastisch um den Brechungsindex n1 von 3 herum. Konkret ist in einem Fall, in dem der Brechungsindex n1 des Kerns 13 gleich oder kleiner als 3 ist, die Änderung des Evaneszenzwellenverhältnisses bezüglich des Brechungsindex n1 des Kerns 13 größer als in einem Fall, in dem die Dicke des Kerns 13 größer als 3 ist.As in 12 As shown, a change of the evanescent wave ratio with respect to the refractive index n 1 of the core changes 13 drastically around the refractive index n 1 of 3 around. Specifically, in a case where the refractive index is n 1 of the nucleus 13 is equal to or smaller than 3, the change of the evanescent wave ratio with respect to the refractive index n 1 of the core 13 larger than in a case where the thickness of the core 13 is greater than 3.
In der vorliegenden Ausführungsform ist basierend auf dem Simulationsergebnis der Brechungsindex n1 des Kerns 13 gleich oder kleiner als 3. Somit kann das Evaneszenzwellenverhältnis erhöht werden, und die Erfassungsempfindlichkeit kann verbessert werden.In the present embodiment, based on the simulation result, the refractive index n 1 of the core 13 is equal to or less than 3. Thus, the evanescent wave ratio can be increased, and the detection sensitivity can be improved.
13A ist ein Diagramm, das eine Lichtintensitätsverteilung des Lichtwellenleitersensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt, und 13B ist eine erläuternde Ansicht des Diagramms, das in 13A dargestellt ist. Konkret ist der Brechungsindex n1 des Kerns 13 2,0, der Brechungsindex n2 der seitlichen Ummantelung 14 ist 1,7, die Brechungsindexdifferenz Δn ist 0,3, die Dicke des Kerns 13 ist 1,0 μm, die Breite des Kerns 13 ist 2,5 μm und die Wellenlänge λ des Lichts, das in dem Lichtwellenleiter geführt wird, ist 3,5 μm. 13A FIG. 15 is a diagram illustrating a light intensity distribution of the optical waveguide sensor according to the present embodiment; and FIG 13B FIG. 4 is an explanatory view of the diagram shown in FIG 13A is shown. Specifically, the refractive index is n 1 of the core 13 2.0, the refractive index n 2 of the lateral cladding 14 is 1.7, the refractive index difference Δn is 0.3, the thickness of the core 13 is 1.0 μm, the width of the core 13 is 2.5 μm, and the wavelength λ of the light guided in the optical waveguide is 3.5 μm.
14A ist ein Diagramm, das eine Lichtintensitätsverteilung eines Lichtwellenleitersensors gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel darstellt, und 14B ist eine erläuternde Ansicht des Diagramms, das in 14A dargestellt ist. In dem Lichtwellenleitersensor gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel befindet sich die seitliche Ummantelung 14 an beiden Seitenflächen 13a des Kerns 13, und die Oberseite 13b und die Unterseite 13c werden als Transmissionsoberflächen auf gleiche Weise wie bei der Konfiguration, die in 13A und 13b dargestellt ist, verwendet. Der Brechungsindex n1 des Kerns 13 ist 3,4, der Brechungsindex n2 der seitlichen Ummantelung 14 ist 1,4, die Brechungsindexdifferenz Δn ist 2,0, die Dicke des Kerns 13 ist 1,0 μm, die Breite des Kerns 13 ist 2,5 μm und die Wellenlänge λ des Lichts, das in dem Lichtwellenleiter geführt wird, ist 3,5 μm. 14A is a diagram illustrating a light intensity distribution of an optical waveguide sensor according to a first comparative example, and 14B FIG. 4 is an explanatory view of the diagram shown in FIG 14A is shown. In the optical waveguide sensor according to the first comparative example, the lateral cladding is located 14 at both faces 13a of the core 13 , and the top 13b and the bottom 13c are used as transmission surfaces in the same way as in the configuration shown in 13A and 13b is shown used. The refractive index n 1 of the core 13 is 3.4, the refractive index n 2 of the lateral cladding 14 is 1.4, the refractive index difference Δn is 2.0, the thickness of the core 13 is 1.0 μm, the width of the core 13 is 2.5 μm, and the wavelength λ of the light guided in the optical waveguide is 3.5 μm.
15A ist ein Diagramm, das eine Lichtintensitätsverteilung eines Lichtwellenleitersensors gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel darstellt, und 15B ist eine erläuternde Ansicht des Diagramms, das in 15A dargestellt ist. In dem Lichtwellenleitersensor gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel befindet sich der Kern 13 auf der unteren Ummantelungsschicht 12, und die beiden Seitenflächen 13a und die Oberseite 13b des Kerns 13 werden als Transmissionsoberflächen verwendet. Der Brechungsindex n1 des Kerns 13 ist 3,4, der Brechungsindex n2 der seitlichen Ummantelung 14 ist 1,4, die Brechungsindexdifferenz Δn ist 2,0, die Dicke des Kerns 13 ist 1,0 μm, die Breite des Kerns 13 ist 2,5 μm und die Wellenlänge λ des Lichts, das in dem Lichtwellenleiter geführt wird, ist 3,5 μm. 15A is a diagram illustrating a light intensity distribution of an optical waveguide sensor according to a second comparative example, and 15B FIG. 4 is an explanatory view of the diagram shown in FIG 15A is shown. In the optical waveguide sensor according to the second comparative example, the core is located 13 on the lower cladding layer 12 , and the two side surfaces 13a and the top 13b of the core 13 are used as transmission surfaces. The refractive index n 1 of the core 13 is 3.4, the refractive index n 2 of the lateral cladding 14 is 1.4, the refractive index difference Δn is 2.0, the thickness of the core 13 is 1.0 μm, the width of the core 13 is 2.5 μm, and the wavelength λ of the light guided in the optical waveguide is 3.5 μm.
Das erste Vergleichsbeispiel und das zweite Vergleichsbeispiel entsprechen herkömmlichen Konfigurationen, die eine große Brechungsindexdifferenz Δn aufweisen. C1 in 13A bis 15B gibt eine Mittenposition des Kerns 13 an, und 13A bis 15B zeigen eine relative Intensitätsverteilung, in der eine Lichtintensität an der Mittenposition C1 auf 1,0 festgelegt wird. Eine strichpunktierte Linie 19 in 13A bis 15B gibt einen Bereich der evaneszenten Welle an, die von den Transmissionsoberflächen des Kerns 13 leckt. In 13A bis 15B nimmt die Lichtintensität mit einem Abstand von der Mittenposition C1 ab. Die Lichtintensität an einer Position außerhalb des Bereichs der evaneszenten Welle, der durch die strichpunktierte Linie 19 umrandet wird, ist null.The first comparative example and the second comparative example correspond to conventional configurations having a large refractive index difference Δn. C1 in 13A to 15B gives a center position of the core 13 on, and 13A to 15B show a relative intensity distribution in which a light intensity at the center position C1 is set to 1.0. A dash-dotted line 19 in 13A to 15B indicates an area of the evanescent wave that comes from the transmission surfaces of the nucleus 13 licks. In 13A to 15B decreases the light intensity with a distance from the center position C1. The light intensity at a position outside the range of the evanescent wave, by the dot-dash line 19 is bordered, is zero.
16 ist ein Graph, der Transmissionsdämpfungen des Lichtwellenleitersensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform (EM3), des Lichtwellenleitersensors gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel (CE1) und des Lichtwellenleitersensors gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel (CE2) darstellt. 7 ist ein Graph, der Verhältnisse der evaneszenten Welle, die von den Transmissionsoberflächen leckt, zur Gesamtmenge von Licht darstellt, d. h. die Evaneszenzwellenverhältnisse des Lichtwellenleitersensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform (EM3), des Lichtwellenleitersensors gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel (CE1) und des Lichtwellenleitersensors gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel (CE2). 16 FIG. 12 is a graph illustrating transmission losses of the optical fiber sensor according to the present embodiment (EM3), the optical fiber sensor according to the first comparative example (CE1), and the optical fiber sensor according to the second comparative example (CE2). 7 FIG. 12 is a graph illustrating ratios of the evanescent wave leaking from the transmission surfaces to the total amount of light, ie, the evanescent wave ratios of the optical fiber sensor according to the present embodiment (EM3), the optical fiber sensor according to the first comparative example (CE1), and the optical fiber sensor according to the second embodiment Comparative Example (CE2).
Wie aus einem Vergleich von 13A bis 15B und dem Ergebnis, das in 16 und 17 dargestellt ist, klar hervorgeht, kann der Lichtwellenleitersensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Verhältnis der evaneszenten Welle zur Gesamtmenge von Licht erhöhen. Somit kann der Lichtwellenleitersensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erfassungsempfindlichkeit verglichen mit dem ersten Vergleichsbeispiel und dem zweiten Vergleichsbeispiel verbessern.As if from a comparison of 13A to 15B and the result in 16 and 17 is clearly shown, the optical fiber sensor 10 According to the present embodiment, increase the ratio of the evanescent wave to the total amount of light. Thus, the optical waveguide sensor according to the present embodiment can improve the detection sensitivity as compared with the first comparative example and the second comparative example.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Lichtwellenleitersensor 10, in dem sowohl die Oberseite 13b als auch die Unterseite 13c des Kerns 13 freigelegt sind und als die Transmissionsoberflächen funktionieren, als das Modell als ein Beispiel verwendet. Sogar in einem Fall, in dem nur eine der Oberseite 13b und der Unterseite 13c als eine Transmissionsoberfläche funktioniert, kann die Erfassungsempfindlichkeit verglichen mit dem ersten Vergleichsbeispiel und dem zweiten Vergleichsbeispiel verbessert werden. In dem Fall, in dem nur eine der Oberseite 13b und der Unterseite 13c als die Transmissionsoberfläche funktioniert, wird das Verhältnis der evaneszenten Welle, die von der Transmissionsoberfläche leckt, zur Gesamtmenge von Licht ungefähr die Hälfte der Konfiguration, die in 13A und 13B dargestellt ist, d. h. von 20% bis 30%.In the present embodiment, the optical waveguide sensor becomes 10 in which both the top 13b as well as the bottom 13c of the core 13 are exposed and functioning as the transmission surfaces, as the model uses as an example. Even in a case where only one of the top 13b and the bottom 13c As a transmission surface works, the detection sensitivity can be improved as compared with the first comparative example and the second comparative example. In the case where only one of the top 13b and the bottom 13c When the transmission surface is functioning, the ratio of the evanescent wave leaking from the transmission surface to the total amount of light will be about half the configuration in FIG 13A and 13B is shown, ie from 20% to 30%.
(Vierte Ausführungsform)Fourth Embodiment
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Brechungsindex der seitlichen Ummantelung 14, die in Kontakt mit den Seitenflächen 13a des Kerns 13 ist, konstant. In einem Lichtwellenleiter gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 18 dargestellt, beinhaltet die seitliche Ummantelung 14 einen Abschnitt 14a mit einem konstanten Brechungsindex und einen Abschnitt 14b mit einer Brechungsindexsteigung.In the embodiments described above, the refractive index of the lateral cladding is 14 that are in contact with the side surfaces 13a of the core 13 is, constant. In an optical waveguide according to a fourth embodiment of the present invention, as in 18 shown, includes the lateral sheath 14 a section 14a with a constant refractive index and a section 14b with a refractive index slope.
Der Abschnitt 14a mit dem konstanten Brechungsindex weist einen vorbestimmten Brechungsindex n2(< n1) auf. Der Abschnitt 14b mit der Brechungsindexsteigung befindet sich zwischen dem Abschnitt 14a mit dem konstanten Brechungsindex und dem Kern 13. Der Brechungsindex des Abschnitts 14b mit der Brechungsindexsteigung nimmt kontinuierlich oder stufenweise von dem Brechungsindex n1 zum Brechungsindex n2 gemäß einem Abstand von der Seitenfläche 13a des Kerns 13 ab.The section 14a with the constant refractive index has a predetermined refractive index n 2 (<n 1 ). The section 14b with the refractive index slope is between the section 14a with the constant refractive index and the core 13 , The refractive index of the section 14b with the refractive index slope increases continuously or stepwise from the refractive index n 1 to the refractive index n 2 according to a distance from the side surface 13a of the core 13 from.
Die Transmissionsdämpfung aufgrund von Streuung an den Schnittstellen zwischen dem Kern 13 und der seitlichen Ummantelung 14 nimmt mit steigender Brechungsindexdifferenz Δn des Kerns 13 und der seitlichen Ummantelung 14, die in Kontakt mit der Seitenfläche 13a des Kerns 13 ist, zu. In der vorliegenden Ausführungsform nimmt der Brechungsindex der seitlichen Ummantelung 14 kontinuierlich oder schrittweise ausgehend von Schnittstellen mit dem Kern 13 ab. Somit kann die Streuung eingeschränkt werden, und die Erfassungsempfindlichkeit kann verbessert werden.The transmission loss due to scattering at the interfaces between the core 13 and the lateral sheath 14 decreases with increasing refractive index difference Δn of the core 13 and the lateral sheath 14 that are in contact with the side surface 13a of the core 13 is to. In the present embodiment, the Refractive index of the lateral sheath 14 continuously or stepwise starting from interfaces with the core 13 from. Thus, the dispersion can be restricted, and the detection sensitivity can be improved.
Der Lichtwellenleitersensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise durch ein Verfahren, das in 19A bis 19B dargestellt ist, hergestellt werden. In 19A bis 19B ist der Einfachheit halber nur ein Kern 13 dargestellt.The fiber optic sensor 10 According to the present embodiment, for example, by a method disclosed in 19A to 19B is shown prepared. In 19A to 19B For the sake of simplicity, this is just a core 13 shown.
Während einer Verarbeitung, die in 19A dargestellt ist, werden die untere Ummantelungsschicht 12 und der Kern 13 auf dem Substrat 11 auf gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet. Nach Ausbilden des Kerns 13 wird eine Siliziumoxynitridschicht durch CVD über der unteren Ummantelungsschicht 12 so abgeschieden, dass sie den Kern 13 bedeckt. Im vorliegenden Fall wird ein Volumenverhältnis von Sauerstoff zum Gesamtgas in einer Kammer erhöht, während die Siliziumoxynitridschicht ausgebildet wird.During processing, the in 19A is shown, the lower cladding layer 12 and the core 13 on the substrate 11 formed in the same manner as in the first embodiment. After forming the core 13 For example, a silicon oxynitride layer is deposited over the bottom cladding layer by CVD 12 so deposited that they are the core 13 covered. In the present case, a volume ratio of oxygen to the total gas in a chamber is increased while the silicon oxynitride layer is formed.
Beispielsweise wird während einer Verarbeitung, die in 19B dargestellt ist, in einem Zustand, in dem Gas zum Bereitstellen von Sauerstoff 20% des Gesamtgases in der Kammer ausmacht, eine Siliziumoxynitridschicht 24a auf der unteren Ummantelungsschicht 12 so abgeschieden, dass sie den Kern 13 bedeckt. Dann wird, wie in 19C dargestellt, ein Abschnitt der Siliziumoxynitridschicht 24a, der die untere Ummantelungsschicht 12 bedeckt, durch Ätzen so entfernt, dass ein Abschnitt der Siliziumoxynitridschicht 24a, der den Kern 13 bedeckt, verbleibt.For example, during a processing that is in 19B In a state in which gas for providing oxygen accounts for 20% of the total gas in the chamber, a silicon oxynitride layer is shown 24a on the lower cladding layer 12 so deposited that they are the core 13 covered. Then, as in 19C shown a portion of the silicon oxynitride layer 24a that the lower cladding layer 12 covered by etching so removed that a portion of the silicon oxynitride layer 24a who is the core 13 covered, remains.
Als Nächstes wird in einem Zustand, in dem Gas zum Bereitstellen von Sauerstoff 50% des Gesamtgases in der Kammer ausmacht, eine Siliziumoxynitridschicht 24b auf der unteren Ummantelungsschicht 12 so abgeschieden, dass sie die Siliziumoxynitridschicht 24a bedeckt. Die Siliziumoxynitridschicht 24b wird mit einer Strukturierungsverarbeitung (patterning) so behandelt, dass ein Teil der Siliziumoxynitridschicht 24b, der die untere Ummantelungsschicht 12 bedeckt, entfernt wird und nur ein Teil der Siliziumoxynitridschicht 24b, der den Kern 13 bedeckt, verbleibt.Next, in a state in which gas for providing oxygen is 50% of the total gas in the chamber, a silicon oxynitride layer is formed 24b on the lower cladding layer 12 so deposited that they are the silicon oxynitride layer 24a covered. The silicon oxynitride layer 24b is treated with a patterning processing such that a part of the silicon oxynitride layer 24b that the lower cladding layer 12 is covered, removed and only part of the Siliziumoxynitridschicht 24b who is the core 13 covered, remains.
Als Nächstes wird in einem Zustand, in dem Gas zum Bereitstellen von Sauerstoff 80% des Gesamtgases in der Kammer ausmacht, wie in 19D dargestellt, eine Siliziumoxynitridschicht 24c auf der unteren Ummantelungsschicht 12 so abgeschieden, dass sie die Siliziumoxynitridschicht 24b bedeckt. Die Siliziumoxynitridschicht 24c und die Siliziumoxynitridschicht 24b werden so geätzt, dass Seitenflächen 13a des Kerns 13 mit der Siliziumoxynitridschicht 24c bedeckt sind und die Siliziumoxynitridschicht 24b und die Oberseite 13b des Kerns 13 nach außen hin freigelegt sind. Während einer Verarbeitung, die in 19E dargestellt ist, wird ein Ätzen so durchgeführt, dass die Oberseite 13b des Kerns 13 und die seitliche Ummantelung 14 sich auf derselben Ebene befinden.Next, in a state where gas for providing oxygen accounts for 80% of the total gas in the chamber, as in FIG 19D shown, a Siliziumoxynitridschicht 24c on the lower cladding layer 12 so deposited that they are the silicon oxynitride layer 24b covered. The silicon oxynitride layer 24c and the silicon oxynitride layer 24b are etched so that side faces 13a of the core 13 with the silicon oxynitride layer 24c are covered and the silicon oxynitride layer 24b and the top 13b of the core 13 are exposed to the outside. During processing, the in 19E is shown, an etching is performed so that the top 13b of the core 13 and the lateral sheath 14 are at the same level.
Auf diese Weise werden durch Ändern der Zusammensetzung von Material zum Ausbilden der seitlichen Ummantelung 14 kontinuierlich oder stufenweise der Abschnitt des konstanten Brechungsindex 14a einschließlich der Siliziumoxynitridschicht 24c und der Abschnitt der Brechungsindexsteigung einschließlich der Siliziumoxynitridschicht 24a, 24b ausgebildet, und dadurch wird der Lichtwellenleitersensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet.In this way, by changing the composition of material for forming the lateral sheath 14 continuously or stepwise the section of constant refractive index 14a including the silicon oxynitride layer 24c and the refractive index slope portion including the silicon oxynitride layer 24a . 24b formed, and thereby the optical waveguide sensor 10 formed according to the present embodiment.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel funktioniert nur die Oberseite 13b als die Transmissionsoberfläche. Der Abschnitt 14b der Brechungsindexsteigung kann ebenso auf eine Konfiguration angewandt werden, in der die Oberseite 13b und die Unterseite 13c des Kerns 13 als die Transmissionsoberflächen funktionieren.In the example described above, only the top works 13b as the transmission surface. The section 14b The refractive index slope can also be applied to a configuration in which the top 13b and the bottom 13c of the core 13 as the transmission surfaces work.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen derselben mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb eines Umfangs der vorliegenden Erfindung modifiziert werden.Although the present invention has been fully described in connection with the preferred embodiments thereof with reference to the drawings, the present invention is not limited to the embodiments described above and can be modified within a scope of the present invention.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung einen Lichtwellenleitersensor, der ein Substrat und einen Lichtwellenleiter beinhaltet. Der Lichtwellenleiter beinhaltet einen Kern und eine seitliche Ummantelung. Der Kern erstreckt sich spiralförmig oberhalb einer Oberfläche des Substrats. Die seitliche Ummantelung befindet sich in einer selben Schicht wie der Kern oberhalb der Oberfläche des Substrats und ist in Kontakt mit beiden Seitenflächen des Kerns. Mindestens ein Teil einer Oberfläche des Kerns, der sich gegenüber dem Substrat befindet, ist eine Transmissionsoberfläche, von der Licht leckt und durch ein erfasstes Objekt absorbiert wird.In summary, the invention relates to an optical waveguide sensor which includes a substrate and an optical waveguide. The optical fiber includes a core and a lateral sheath. The core extends helically above a surface of the substrate. The side shroud is in a same layer as the core above the surface of the substrate and is in contact with both side surfaces of the core. At least a part of a surface of the core, which is opposite to the substrate, is a transmission surface from which light is leaked and absorbed by a detected object.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
JP 2005-61904 A [0002] JP 2005-61904 A [0002]
